умк_кириенко_1

дисковых 4, тарельчатых 6 и чашечных 7 шлифовальных кругов. При этом широко используются два основных метода круглого шлифования: в центрах (см. рис. 7.19, а) и бесцентровое (см. рис. 7.19, б).

а		1				1	3
			2		б

	1
		5
α1	в	3	4

3				α1
	3	6	7	3
	3
г	7	д	3	6
4
			1	3

Рис. 7.19. Основные виды шлифовальной обработки:

а – круглое шлифование в центрах; б – бесцентровое шлифование; в – конусное шлифование; г – внутреннее шлифование; д – плоское шлифование

Шлифование конусов (см. рис. 7.19, в) производят различными способами: путем поворота шлифовальной бабки на угол конуса, поворотом стола на угол конуса (на рисунке не показан); поперечной подачей заправленного на конус чашечного 6 или тарельчатого 7 шлифовальных кругов; поворотом передней бабки со шлифуемой деталью 3 на угол конуса.

Шлифование внутренних поверхностей (см. рис. 7.19, г) производят на внутришлифовальных станках различными способами в зависимости от конфигурации и массы обрабатываемой детали. Втулки, гильзы цилиндров, зубчатые колеса и другие не слишком тяжелые детали, имеющие форму тел вращения, шлифуют, закрепляя в патроне или специальном устройстве. Детали сообщается движение круговой подачи (вращение), а вращающемуся шлифовальному кругу – движения продольной и радиальной подач. Фасонные отверстия шлифуют, обеспечивая движение поперечной

141

подачи круга 7, имеющего форму, соответствующую профилю шлифуемого изделия. Отверстия тяжелых громоздких деталей, а также деталей, имеющих несимметричную форму, шлифуют на внутришлифовальных станках планетарного типа, в которых обрабатываемая деталь неподвижна, а все необходимые движения совершает шлифовальный круг.

Шлифование плоскостей производится по одной из схем, показанных на рис. 7.19, д, периферией или торцом круга. Станки, работающие периферией круга, удобны для обработки различных деталей небольших размеров и их применяют главным образом в индивидуальном и мелкосерийном производствах. Станки, работающие торцом чашечного круга 6, применяют в массовом и крупносерийном производствах как наиболее производительные. Заготовки из стали и чугуна закрепляются на магнитном столе. Движение продольной подачи осуществляет стол, а поперечной – стол или шлифовальный круг. Детали из немагнитных материалов крепятся при помощи зажимов, тисков, прихватов и специальных приспособлений.

7.8. Основы технологии получения неразъемных соединений на примере сварки металлов

7.8.1. Классификация способов сварки металлов

Сварка металлов – технологический процесс образования неразъемного соединения деталей машин, конструкций и сооружений путем их местного сплавления или совместного деформирования, в результате чего возникают прочные связи между атомами (молекулами) соединяемых тел.

В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварных соединений, все виды сварки разделяют на три класса: термиче-

ская сварка, термомеханическая и механическая.

К термическому классу относится сварка, осуществляемая плавлением свариваемых изделий с использованием тепловой энергии (дуговая,

плазменно-лучевая, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, индукционная, газовая, термическая и др.).

Термомеханическая сварка осуществляется с использованием теп-

ловой энергии и давления (контактная, диффузионная, газопрессовая,

термокомпрессионная, дугопрессовая, печная и др.).

При механической сварке используется механическая энергия и дав-

ление (ультразвуковая, взрывом, трением, холодная, магнитная и др.).

При использовании сварки термического класса металл на кромках соединяемых частей доводится до полного расплавления, перемешивается и после охлаждения образует сварное соединение. В этом случае создание

142

давления в зоне сварки не требуется. Дуговая и электрошлаковая сварка является универсальной, производится на простом оборудовании.

Сварка термомеханического и механического класса предполагает пластическое деформирование соединяемых частей под действием давления, облегчающее взаимную диффузию атомов металла.

В зависимости от степени механизации процессов различают ручную,

механизированную, автоматизированную и автоматическую сварку; по непрерывности процесса – непрерывную и прерывистую; по способу защи-

ты металла в зоне сварки – сварку в воздухе, в вакууме, в защитном газе, под флюсом, по флюсу, в пене, с комбинированной защитой.

Выбор способа сварки зависит от многих факторов: химического состава стали и ее состояния, формы и размеров сборочной единицы, толщины свариваемых элементов, количества изделий в конструкции и др. Следует отметить, что свариваемость различных металлов, их способность образовывать сварные соединения, равнопрочные с основным металлом, неодинакова. Хорошо свариваются малоуглеродистые стали, хуже – с повышенным содержанием углерода (0,45 % и более) и легированные стали, очень плохо – чугун и некоторые цветные металлы и сплавы.

7.8.2. Виды сварных соединений и швов

Сварная конструкция состоит из нескольких сборочных единиц и элементов с различным относительным расположением, исходя из которого различают следующие виды сварных соединений: стыковое (рис. 7.20, а), нахлесточное (см. рис. 7.20, б), угловое (см. рис. 7.20, в) и тавровое (см. рис. 7.20, г) с V-образной, Х-образной, и U-образной подготовкой кромок (см. рис. 7.20, д) или без их подготовки (в зависимости от толщины металла и способа сварки). Толщина свариваемых элементов может быть различной.

Сварка деталей толщиной до 10 мм обычно производится за один проход, и полученный шов называют однослойным (см. рис. 7.20, е). При большей толщине деталей шов получают в несколько проходов. Такой шов называют многослойным (см. рис. 7.20, ж).

По положению в пространстве швы разделяют на горизонтальные, нижние 1, вертикальные 2, полупотолочные и потолочные 5 (см. рис. 7.20, д). Наиболее удобные для выполнения – горизонтальные и нижние швы. Трудоемкость выполнения вертикальных и потолочных швов увеличивается соответственно на 20 – 25 % и 40 – 60 %.

При сварке изделий для получения шва заданных размеров электрод подается вверх или вниз по мере плавления, перемещается вдоль оси шва и в поперечном направлении (см. рис. 7.20, ж).

143

0..4			Менее 6
а				в

2..15

6..30

	12..40	г
50..70°

20..50

Более 50

		Менее 3	д	2
	б			3
		Менее 20	0..60°

120..180°

Менее 20

ж е

Рис. 7.20. Виды сварочных соединений и швов:

а– стыковое; б – внахлест; в – угловое; г – тавровое; д – с V-образной, Х-образной

иU-образной подготовкой кромок; е – однослойный шов; ж – многослойный шов

7.8.3.Анализ различных видов сварки металлов, их техникоэкономическая оценка и преимущества в сравнении с другими технологиями получения неразъемных соединений

При дуговой сварке источником теплоты является электрическая дуга, возникающая между двумя электродами. Расплавляемый металл электрода в виде капель перемешивается с расплавленным основным металлом и кристаллизуется, образуя после остывания сварочный шов.

Сварку можно производить на постоянном и переменном токе. Дуга на постоянном токе горит устойчивее, но расход электроэнергии на 1 кг наплавленного металла в 1,5 – 2 раза выше, а стоимость оборудования в 2 – 3 раза выше, оно сложнее, более громоздкое и тяжелое, чем при переменном токе. Поэтому в нашей стране дуговая электросварка на 80 % осуществляется с использованием переменного тока.

При дуговой сварке используются специальные электроды и электродная проволока. Электрод – это металлический стержень, на поверхности которого имеется специальное покрытие (обмазка), обеспечивающее устойчивое горение дуги и защищающее расплавленный металл от окисления. Электроды классифицируют по назначению, механическим свойствам металла шва, составу покрытия и другим признакам.

144

По назначению электроды делятся на три класса:

а) для сварки элементов из углеродистых и низколегированных

сталей (Э38, Э50, Э60 и др.); б) для сварки элементов из легированных конструкционных ста-

лей повышенной и высокой прочности (Э70, Э85, Э150 и др.); в) для сварки элементов из легированных теплоустойчивых ста-

лей (Э-09М, Э-05Х2М, Э-Л0Х1М1НФБ, Э-10Х5МФ и др).

В обозначении типа электрода число после буквы Э указывает предел прочности шва на разрыв (кгс/мм3), а буквенно-цифровые обозначения типов электродов при сварке легированных теплоустойчивых сталей характеризуют содержание элементов в металле шва, что соответствует принципу маркировки легированных сталей.

Аргонодуговая сварка производится зависимой дугой, горящей между электродом и свариваемой деталью в атмосфере аргона, не участвующего в химических реакциях, а служащего лишь газовой защитой, и используется для соединений элементов из магниевых, алюминиевых сплавов, нержавеющей стали, меди и др.

Дуговое разрезание может осуществляться графитовым или угольным электродами. Первый дает лучшую чистоту реза. Для стока расплавленного металла из реза деталь наклоняется.

Разрезание металлическим электродом хотя и возможно, но менее экономично, так как для этого могут применяться только дорогостоящие электроды с толстой обмазкой, необходимой для обильного шлакообразования.

Процесс электродугового разрезания металлов малопроизводителен и не обеспечивает гладкой поверхности реза. Поэтому он применяется в основном для разделки лома, отделения прибылей и литников у отливок из высоколегированной стали, не поддающейся газовому разрезанию.

Электроконтактная сварка (рис. 7.21) – это нагрев свариваемых элементов за счет теплоты, выделяющейся при прохождении тока по элементам свариваемой детали или по контакту между ними.

После достижения нужной температуры кромок соединяемых деталей их сдавливают для получения сварного шва. Длительность сварки колеблется от сотых долей секунды до нескольких десятков секунд.

Контактная сварка относится к наиболее производительным видам сварки и легко поддается механизации и автоматизации.

Особенно широко контактную сварку применяют в автотракторной промышленности, в инструментальном производстве, строительстве и т.д.

Контактная сварка делится на стыковую, точечную и шовную. При стыковой сварке (см. рис. 7.21, а) соединяемые элементы зажимают в клеммах-электродах 2 сварочной машины и пропускают через них ток большой силы, индуктирующийся во вторичной обмотке 3 трансформато-

145

ра. Стыковая сварка возможна для изделий с различной площадью сечения (до 500 см2 и более), однако форма и площадь сечения каждой пары свариваемых элементов должны быть одинаковыми.

Рис. 7.21. Электроконтактная сварка: а – стыковая, б – шовная

Шовная сварка (см. рис. 7.21, в) применяется для соединения листов из низкоуглеродистой стали, хромоникелевой стали, бронзы и алюминиевых сплавов при изготовлении баков, тары, труб и сосудов, работающих под давлением, и других изделий. Подготовленные свариваемые элементы 1 пропускаются между вращающимися роликами-электродами 2 шовной машины, через которые проходит электрический ток. За счет выделяющейся в месте соприкосновения свариваемых элементов теплоты образуется шов.

Ролики электрода и электроды для точечной сварки должны иметь хорошую электропроводность и повышенную твердость при больших температурах (до 400 °С). Для их изготовления используются специальные сплавы на основе меди (0,7 % Сг, 0,4 % Zn, остальное – Сu) или медь марки M l. Внутри электроды делаются полыми для пропуска воды охлаждения, предупреждающего чрезмерный их нагрев в месте контакта со свариваемой деталью.

При газовой сварке источником теплоты, необходимой для расплавления металла, является пламя, образующееся при сгорании горючего газа в струе кислорода.

Различают два вида газовой сварки: сварку плавлением и газопрес-

совую сварку.

146

При газовой сварке плавлением кромки свариваемых элементов (основной металл) и присадочный металл (сварочная проволока марок Св-0,8, Св-0,8А, Св-11ГА, Св-10Г2 и др.) расплавляются в зоне горения; после затвердения металла образуется шов.

При газопрессовой сварке соединяемые элементы нагреваются сварочным пламенем многопламенной горелки до пластического состояния и сдавливаются. Газопрессовая сварка применяется для соединения встык труб большого диаметра, рельсов, бурового оборудования и инструмента. Этот способ сварки весьма производителен; например, сварка стыка труб диаметром 500 мм продолжается примерно 2 мин.

В качестве горючих газов используются ацетилен, водород и др. Кислород, необходимый для сжигания газа, получают из атмосферного воздуха или воды путем электролиза, он обычно хранится и транспортируется в специальных баллонах вместимостью 40 л, которые вмещают 6 м3 кислорода, сжатого до давления 15 МПа. Ацетилен получается из карбида кальция. Растворенный ацетилен хранится в баллонах под давлением 1,5 – 1,6 МПа.

Посты газовой сварки (рис. 7.22) бывают стационарными и передвижными. Питание стационарных постов газовой сварки осуществляется обычно от ацетиленового генератора и баллонов с кислородом, а передвижных – от баллонов с кислородом и ацетиленом.

Схема передвижного поста газовой сварки с питанием от баллонов показана на рис. 7.22.

Рис. 7.22. Схема передвижного поста газовой сварки

147

Ацителен и кислород подводятся к газовой горелке 4 по специальным шлангам 3 из вулканизированной резины от баллонов 1 и 5, снабженных редукторами 2 и 6 и контрольно-измерительными устройствами – манометрами 7 и 8. Редукторы 2 и 6 понижают и поддерживают постоянным давление газов на выходе из баллона. Кислородные редукторы 2 понижают давление с 15 до 0,3 – 1,5 МПа, а ацетиленовые 6 – с 16 до 0,02 – 0,05 МПа.

Газовые горелки предназначены для дозировки и смешивания кислорода и горючего газа с целью получения устойчивого и концентрированного газового пламени. По принципу действия горелки разделяются на

инжекторные (нагнетающие) и безинжекторные – высокого давления.

Благодаря универсальности инжекторной горелки, пригодной для работы на низком и на среднем давлении горючего газа, она получила наибольшее распространение.

К новым прогрессивным способам сварки, получившим распро-

странение в последнее время, можно отнести холодную сварку, ультра-

звуковую, диффузионную, электронно-лучевую, лазерную, плазменную, а также сварку взрывом.

Холодная сварка, обеспечивающая соединение элементов из пластичных металлов под давлением при комнатной температуре, применяется главным образом для соединения деталей малой толщины (до 1 мм) внахлестку в радиоэлектронной, машиностроительной и других отраслях промышленности. Решающим условием получения качественных сварных швов является отсутствие на контактирующих поверхностях жировых и других загрязнений.

Ультразвуковая сварка давлением основывается на пластической деформации металла в приконтактной зоне за счет механических колебаний ультразвуковой частоты в зоне шва, что приводит к разрушению и удалению поверхностных пленок, созданию очень чистых поверхностей и тем самым – к образованию прочного сварного соединения практически без деформации свариваемых деталей.

Ультразвуковая сварка применяется в производстве деталей и тонких металлических листов в приборостроении и радиоэлектронике, а также для приварки отливок к несущим конструкциям (например, в производстве летательных аппаратов).

Диффузионная сварка давлением в контролируемой атмосфере с точки зрения технологии отличается от выше перечисленных способов сварки в твердой фазе (холодная, ультразвуковая) тем, что скорость де-

148

формации металла при этом методе не задается оборудованием, а определяется процессом ползучести свариваемых материалов в заданных условиях. Сварка выполняется путем нагрева деталей токами высокой частоты в вакууме до температуры ниже пластического состояния материала с одновременным приложением сдавливающего усилия. Освоена диффузионная сварка многих материалов, в том числе стали с алюминием, вольфрамом, стеклом, металлокерамикой, титана с медью, платиной, меди с алюминием и др. Этот метод применяется при изготовлении электровакуумных приборов в электронной технике и приборостроении, а также в производстве инструмента, деталей из биметаллических материалов и других изделий.

При электронно-лучевой сварке для нагрева и расплавления основного металла используется энергия, получаемая в результате интенсивной бомбардировки его быстро движущимися в вакууме электронами. При попадании на поверхность свариваемых деталей электроны тормозятся и происходит преобразование их кинетической энергии в тепловую.

Лазерная сварка основана на применении лазеров – оптических квантовых генераторов. При лазерной сварке нагрев и плавление металла изделия осуществляется мощным световым лучом, получаемым от специальных твердых или газовых излучателей, включающих источник питания, лампу накачки и резонатор. Для управления сформированным излучателем пучком служат специальные оптические системы. Вакуум при сварке лазером не нужен, и она может осуществляться на воздухе даже на значительном расстоянии от генератора.

Плазменно-дуговая сварка позволяет осуществлять процесс нагрева материалов с наибольшей интенсивностью. При сварке металл нагревается за счет теплоты, выделенной плазмой, до расплавления, а затем по мере перемещения свариваемых деталей из зоны сварки происходит кристаллизация расплавленного металла с образованием прочного сварочного шва. Для создания плазмы могут применяться различные источники теплоты, например, световой луч лазера, ядерная реакция, высокочастотный разряд, электрическая дуга постоянного тока. Ионизация газа в этих случаях осуществляется при горении в нем электрической дуги – в канале между двумя неплавящимися электродами. С целью повышения ионизации газа дуга вместе с газовым потоком обжимается в канале, диаметр которого практически равен диаметру дуги, или магнитным полем.

Освоена плазменная сварка тонколистовых деталей из тугоплавких металлов, а также из нержавеющих и малоуглеродистых сталей. Можно сваривать элементы и из других металлов, а также неметаллов и сочетаний металлов с неметаллами.

149

Машины и строительные конструкции, изготовленные сваркой, обычно имеют ряд преимуществ. Замена клепаных конструкций сварными дает экономию металла за счет более полного использования рабочих сечений и уменьшения массы соединительных элементов. При сварке конструкций из малоуглеродистых сталей суммарное уменьшение их массы составляет от 10 до 25 %. Вследствие уменьшения массы и трудоемкости изготовления сварные конструкции дешевле, чем клепаные. Сварочное оборудование дешевле и проще, чем дыропробивные, сверлильные и клепальные гидравлические машины; оно обеспечивает бесшумность процесса сварки. В производстве емкостей и ряда других конструкций достигается более высокая герметичность соединений. Поэтому клепка вытеснена сваркой в транспортном машиностроении, автомобилестроении, в производстве котлов, резервуаров, строительных и других конструкций. По сравнению с литыми сварные конструкции имеют меньшую массу, обеспечивают более высокие механические свойства металла. Они эффективны при мелкосерийном производстве, а также для изделий сложной геометрической формы.

Наплавка металлов применяется как способ восстановления изношенных деталей, а также при производстве новых биметаллических изделий.

Технико-экономические показатели различных способов сварки ко-

леблются в широких пределах и зависят от множества факторов: толщины листов, формы соединения и положения его в пространстве, мощности сварочного тока или газовой горелки, диаметра электрода или присадочной проволоки, метода сварки, способа защиты шва, степени организации рабочего места, механизации и автоматизации процесса, типа сварочной машины и вида управления ею и т.п. Так, производительность (скорость) процесса изменяется от 1,6 м/ч при электродуговой ручной сварке до 80 – 200 м/ч при автоматической под слоем флюса, расход газа – от 0,8 – 12,5 л/мин при газовой сварке до 4 – 31 л/мин при газоэлектрической.

В условиях мелкосерийного производства коэффициент загрузки сварщика на ремонтных работах составляет 0,3 – 0,4, а в условии массового производства увеличивается до 0,7 – 0,8.

Производительность процесса стыковой электроконтактной сварки при ручном управлении процессом составляет до 120 соединений в час, а при механическом – до 500; процесса точечной сварки – 250 – 2000 точек в час на одноточечной машине или 10 тыс. точек в час на многоточечной; скорость шовной сварки может колебаться от 0,5 до 6 м/мин.

150